JP5218214B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
半導体装置の配線としてダマシン構造の銅配線が使用されている。銅配線は、アルミニウム配線に比べて抵抗率が低く、電流密度を大きくすることができる。
ダマシン構造の銅配線を多層構造で形成する方法は、まず、銅配線を形成した後に、配線を覆う絶縁膜を形成し、さらに、配線に達するコンタクトホールを絶縁膜に形成する工程を含んでいる。
Damascene copper wiring is used as wiring for semiconductor devices. The copper wiring has a lower resistivity than the aluminum wiring and can increase the current density.
A method of forming a damascene copper wiring with a multilayer structure includes a step of first forming a copper wiring, forming an insulating film covering the wiring, and further forming a contact hole reaching the wiring in the insulating film. .
絶縁膜をエッチングし、コンタクトホールを形成する工程では、コンタクトホールの形成時に銅配線の表層もエッチングすることになり、エッチングされた銅はコンタクトホールから外部に飛散する。飛散した銅は、処理室内の元素と結合し、副生成物となって処理室の内壁に付着する。 In the step of etching the insulating film and forming the contact hole, the surface layer of the copper wiring is also etched when the contact hole is formed, and the etched copper is scattered from the contact hole to the outside. The scattered copper combines with the elements in the processing chamber and becomes a by-product and adheres to the inner wall of the processing chamber.
そして、副生成物に含まれる銅は、処理室内のプラズマの状態を変えるので、処理室内のエッチング処理に影響を及ぼす原因となる。従って、銅を含む副生成物を処理室から除去することが要求される。
例えば、エッチングチャンバの内壁に付着した銅化合物を含む複数種類の物質を除去する方法として、処理室の内壁を第一温度まで加熱し、ついでクリーニング用薬剤を処理室に注入することが知られている。
Then, the copper contained in the by-product changes the plasma state in the processing chamber, which causes an influence on the etching process in the processing chamber. Therefore, it is required to remove by-products containing copper from the processing chamber.
For example, as a method of removing a plurality of types of substances including a copper compound adhering to the inner wall of an etching chamber, it is known to heat the inner wall of the processing chamber to a first temperature and then inject a cleaning agent into the processing chamber. Yes.
第一温度は、複数種類の物質の一つである第一物質を揮発させるに充分な温度である。また、クリーニング用薬剤は、複数種類の第一物質とは別の一つである第二物質と反応し、第二物質を第一物質に変換するものである。それらにより揮発した第一物質は処理室から排出される。 The first temperature is a temperature sufficient to volatilize the first substance that is one of a plurality of kinds of substances. The cleaning agent reacts with a second substance, which is one of a plurality of types of first substances, and converts the second substance into the first substance. The first material volatilized by them is discharged from the processing chamber.
第一物質を揮発させるために処理室を加熱する温度がエッチング条件に適合しない場合には、次のエッチング処理に必要な温度を確保するために処理室内の温度を再調整することになる。温度の再調整は、長時間を費やすので、エッチング処理のスループットを低下させる原因になる。 If the temperature at which the processing chamber is heated in order to volatilize the first substance does not match the etching conditions, the temperature in the processing chamber is readjusted in order to secure the temperature necessary for the next etching process. Since the readjustment of the temperature takes a long time, it causes a reduction in the throughput of the etching process.
本発明の目的は、プラズマ雰囲気の周囲に存在する銅による影響を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the influence of copper existing around a plasma atmosphere.
本発明の1つの観点によれば、半導体基板の上方に銅配線を形成する工程と、前記銅配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上にハードマスク膜を形成する工程と、前記ハードマスク膜と前記絶縁膜に、前記銅配線上の前記バリア絶縁膜を露出するホールを形成する工程と、前記ハードマスク膜上および前記ホール内にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の上方にマスク膜を形成する工程と、前記マスク膜の上方に、前記ホールを含む領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記マスク膜をエッチングし、開口部を形成する工程と、酸素ガスとハイドロフロロカーボンガスの混合ガスを導入し、前記ハイドロフロロカーボンガスの流量を、前記酸素ガスと前記ハイドロフロロカーボンガスの総流量に対して10流量%〜20流量%とし、30mTorr以上の圧力の雰囲気内で、前記マスク膜をマスクとして前記レジスト膜を、途中までエッチングする第1エッチング工程と、更に前記ホール内の前記レジスト膜を、酸素ガスを使用してエッチングする第2エッチング工程と、を有し、前記第1エッチング工程は、前記ホール内で前記絶縁膜が露出する前に終了することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, a step of forming a copper wiring over a semiconductor substrate, a step of forming a barrier insulating film on the copper wiring, and a step of forming an insulating film on the barrier insulating film, Forming a hard mask film on the insulating film; forming a hole in the hard mask film and the insulating film to expose the barrier insulating film on the copper wiring; and on the hard mask film And a step of forming a resist film in the hole, a step of forming a mask film above the resist film, and a step of forming a resist pattern having an opening in a region including the hole above the mask film. Etching the mask film using the resist pattern as a mask to form an opening, introducing a mixed gas of oxygen gas and hydrofluorocarbon gas, and The flow rate of the chlorocarbon gas is set to 10% to 20% by flow rate with respect to the total flow rate of the oxygen gas and the hydrofluorocarbon gas, and the resist film is used as a mask in an atmosphere having a pressure of 30 mTorr or more. a first etching step of etching halfway, the more the resist film in the hole, and a second etching step of etching using an oxygen gas, a first etching step, the in the hole A method of manufacturing a semiconductor device is provided, which is terminated before the insulating film is exposed.
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。 The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解すべきである。 It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not intended to limit the invention.
本発明によれば、マスク膜をマスクにしてフォトレジスト膜をエッチングする際に、酸素ガスとハイドロフロロカーボンガスの混合ガスを使用し、30mTorr以上の圧力の雰囲気内で行っている。これにより、エッチングを行う雰囲気の周囲に銅が存在していても、酸素プラズマの発生量を適正化し、しかも周囲の銅による触媒効果を抑制してレジスト膜のパターニング形状の精度を高くすることができる。
According to the present invention, when the photoresist film is etched using the mask film as a mask, a mixed gas of oxygen gas and hydrofluorocarbon gas is used in an atmosphere having a pressure of 30 mTorr or more. As a result, even if copper exists around the atmosphere in which etching is performed, the amount of oxygen plasma generated can be optimized, and the catalytic effect of surrounding copper can be suppressed to increase the accuracy of the patterning shape of the resist film. can Ru.
以下に、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。
図1、図2A〜図2N及び図3は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
次に、図1に示す構造を形成するまでの工程を説明する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.
1, FIG. 2A to FIG. 2N, and FIG. 3 are cross-sectional views showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
Next, steps required until a structure shown in FIG.
まず、半導体基板であるシリコン基板1に素子分離絶縁膜2、例えばシャロートレンチアイソレーション(STI)を形成する。STIは、シリコン基板1の素子分離領域に溝を形成した後に、その溝内に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を埋め込む方法により形成される。なお、素子分離絶縁膜2としてLOCOS法によってシリコン基板1の表面に形成したシリコン酸化膜を採用してもよい。
First, an element
次に、シリコン基板1のうち素子分離絶縁膜2に囲まれた活性領域、例えばN型MOSトランジスタ形成領域にp型不純物、例えばホウ素をイオン注入することによりpウェル3を形成する。なお、P型MOSトランジスタを形成する領域では、シリコン基板1の活
性領域にnウェルを形成する。
Next, a p-
続いて、シリコン基板1の表面にゲート絶縁膜4を例えば熱酸化法により形成し、さらに、pウェル3の上にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5を形成する。ゲート電極5の形成方法は、例えば、ゲート絶縁膜4上にシリコン膜を形成した後に、フォトリソグラフィ法によりシリコン膜をパターニングする工程を有する。
Subsequently, a gate insulating film 4 is formed on the surface of the
次に、ゲート電極5をマスクにしてn型不純物、例えば燐又は砒素をイオン注入することにより、ゲート電極5の両側のpウェル3内にn型エクステンション領域7a、8aを形成する。
続いて、絶縁膜として例えばシリコン酸化膜をCVD法によりシリコン基板1及びゲート電極5上に形成した後に、絶縁膜をエッチバックしてゲート電極5の側面に残し、これを絶縁性サイドウォール6とする。
Next, n-
Subsequently, for example, after a silicon oxide film is formed as an insulating film on the
さらに、ゲート電極5及びサイドウォール6をマスクに使用してpウェル3内にn型不純物をイオン注入することにより、ゲート電極5の両側方のpウェル3内にn型不純物高濃度領域7b、8bを形成する。ここで、互いに接続されるn型不純物高濃度領域7b、8bとn型エクステンション領域7a、8bは、ソース/ドレイン領域7、8となる。
Further, by using the
以上のソース/ドレイン領域7、8、ゲート電極5、pウェル3等によりN型MOSトランジスタが形成される。
続いて、N型MOSトランジスタを覆うカバー膜9、例えばシリコン窒化膜をCVD法によりシリコン基板1上に形成する。さらに、カバー膜9の上に、第1層間絶縁膜10としてシリコン酸化膜をCVD法により形成する。
An N-type MOS transistor is formed by the source /
Subsequently, a
次に、第1層間絶縁膜10の上面をCMP法により平坦化した後に、レジストパターンを使用するフォトリソグラフィ法により第1層間絶縁膜10及びカバー膜9をパターニングする。これにより、ソース/ドレイン領域7、8の上にコンタクトホール10a、10bを形成する。なお、ゲート電極5に接続されるシリコン膜の配線の上にもホール(不図示)が形成される。
Next, after planarizing the upper surface of the first
さらに、コンタクトホール10a、10b内にチタン(Ti)、窒化チタン(TiN)をスパッタ法により形成した後に、TiN膜上にタングステン(W)膜をCVD法により形成する。その後に、第1層間絶縁膜10上のW膜、TiN膜、Ti膜をCMP法により除去する。これにより、コンタクトホール10a、10b内に残されたW膜、TiN膜、Ti膜をコンタクトプラグ11、12とする。
Further, after forming titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) in the
次に、第1層間絶縁膜10上に、第2層間絶縁膜である第1のLow−k絶縁膜13、キャップ絶縁膜16を順に形成する。第1のLow−k絶縁膜13として炭素含有酸化シリコン(SiOC)膜をCVD法により形成するが、その他の低誘電体膜、例えば塗布法によりSOG膜を形成してもよい。また、キャップ絶縁膜16として炭素水素添加シリコン(SiCH)膜をCVD法により形成する。
Next, a first low-
さらに、キャップ絶縁膜16の上に、コンタクトプラグ11、12の上を通る配線形状の開口部を有するマスク(不図示)を形成する。ついで、マスクの開口部を通してキャップ絶縁膜16及び第1のLow−k絶縁膜13をエッチングして第1配線用溝13a、13bを形成する。キャップ絶縁膜16及び第1のLow−k絶縁膜13のエッチングは例えばCF4を含むガスを使用してプラズマエッチング法により行われる。
Further, a mask (not shown) having a wiring-shaped opening passing over the contact plugs 11 and 12 is formed on the
続いて、第1配線用溝13a、13bの内面にバリアメタル膜14a、銅(Cu)シー
ド膜(不図示)をスパッタ法により順に形成する。その後に、バリアメタル膜14a及び銅シード膜を電極としてその上にCu膜14bを電解メッキ法により形成する。これにより、第1配線用溝13a、13b内にCu膜14bを埋め込む。なお、本実施形態における銅膜は、銅合金膜を含む概念である。
Subsequently, a
その後に、キャップ絶縁膜16の上面上のCu膜14b、バリアメタル膜14aをCMP法により除去する。これにより第1配線用溝13a、13b内に残されたCu膜14b及びバリアメタル膜14aを第1層目の銅配線15a、15bとする。なお、バリアメタル膜14aは銅拡散防止のための膜であり、例えばタンタル(Ta)膜を形成する。
Thereafter, the
次に、第1層目の銅配線15a、15b及び第1のLow−K絶縁膜13の上に、第3の層間絶縁膜として第1のバリア絶縁膜17、第2のLow−k絶縁膜18、第1のハードマスク膜19を順に形成する。
例えば、第1のバリア絶縁膜17としてSiCH膜をプラズマCVD法により例えば約30nmの厚さに形成し、第2のLow−k絶縁膜18としてSiOC膜をプラズマCVD法により例えば約250nmの厚さに形成する。また、第1のハードマスク膜19として例えばSiCH膜をプラズマCVD法により約30nmの厚さに形成する。なお、第2のLow−k絶縁膜18は、SiOCに限られるものではなく、SiO2よりも誘電率の低い低誘電率材料から形成してもよい。
Next, on the first-
For example, a SiCH film is formed as the first
続いて、第1のハードマスク膜19上に第2及び第3のハードマスク膜20、21を順に形成する。第2のハードマスク膜20として、酸化シリコン(SiO2)膜をCVD法により150nmの厚さに形成し、第3のハードマスク膜21として窒化シリコン膜をCVD法により30nmの厚さに形成する。
Subsequently, second and third
次に、図2A〜図2Nを参照して第2層目の銅配線の形成工程を説明する。なお、図2A〜図2Nは、図1に示した第1層間絶縁膜10の上部とその上の構造を示している。
まず、図2Aに示すように、第3のハードマスク膜21上に第1の反射防止(BARC)膜22を形成する。第1のBARC膜22として本実施形態では有機系絶縁膜を形成するが、無機系絶縁膜を形成してもよい。
Next, a process for forming a second-layer copper wiring will be described with reference to FIGS. 2A to 2N. 2A to 2N show the upper portion of the first
First, as shown in FIG. 2A, a first antireflection (BARC)
さらに、第1のBARC膜22上にフォトレジストを塗布した後に、これを露光、現像等することにより、第1層目の銅配線15(15a、15b)の一部の上にビアホール形成用の開口部23aを有するレジストパターン23を形成する。
続いて、レジストパターン23の開口部23aを通して第1のBARC膜22をエッチングし、これにより開口部23aを通して第3のハードマスク膜21を露出する。
Further, after a photoresist is applied on the
Subsequently, the
次に、図2Bに示すように、レジストパターン23をマスクに使用し、開口部23を通して第3のハードマスク膜21から第2のLow-k絶縁膜18までを例えばプラズマエッチング法或いはRIE法によりエッチングする。これにより、第1〜第3のハードマスク膜19〜21に開口部19a、20a、21aを形成するとともに、第2のLow-k絶縁膜18にビアホール(開口部)18aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, the resist
そのエッチング条件として、例えば、CF4を約200sccmの流量でエッチングチャンバ内に導入するとともに、エッチングチャンバ内の圧力を約200mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、エッチングチャンバの電極には約300Wの高周波パワーを印加する。 As the etching conditions, for example, CF 4 is introduced into the etching chamber at a flow rate of about 200 sccm, and the exhaust amount is adjusted so that the pressure in the etching chamber becomes about 200 mTorr. In this case, a high frequency power of about 300 W is applied to the electrode of the etching chamber.
なお、第1のBARC膜22と第3のハードマスク膜21の間に別のハードマスク膜を形成してもよい。
次に、図2Cの構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、レジストパターン23及び第1のBARC膜22を除去し、その後、第3のハードマスク膜21の上に新たなフォトレジスト膜24を回転塗布する。この場合、フォトレジスト膜24は、ビアホール18a及び開口部19a、20a、21aに充填され、その上面は平坦となる。
Note that another hard mask film may be formed between the
Next, steps required until a structure shown in FIG. 2C is formed will be described.
First, the resist
続いて、フォトレジスト膜24をベークした後、その上に第4のハードマスク膜25として、例えばスピンオングラス(SOG)膜を約30nmの厚さに形成する。SOG膜は、回転塗布法により形成され、その後の加熱により硬化される。なお、第4ハードマスク膜25として、SOG以外の酸化シリコン系の膜を形成してもよい。
Subsequently, after the
その後に、第4のハードマスク膜25上に例えば有機系材料からなる第2のBARC膜26を形成する。
次に、図2Dに示すように、第2のBARC膜26上にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像することにより、ビアホール18aの上方を含む領域に配線形状の開口部27aを有するレジストパターン27を形成する。
Thereafter, a
Next, as shown in FIG. 2D, a photoresist is applied on the
次に、シリコン基板1を図4に例示するプラズマ処理装置50のチャンバ51内に搬入する。
図4において、チャンバ51内の上面には、外部からガスを導入するためのシャワーヘッド52が取り付けられている。シャワーヘッド52は、例えばシリコンからなり、その上部にガス導入管53が接続されている。シャワーヘッド52の内部にはガスを横方向に拡散する拡散室52aが形成され、その下部にはガスを下方に向けて放出する複数のガス放出口52bが形成されている。
Next, the
In FIG. 4, a
シャワーヘッド52に接続されるガス導入管53のガス流入端には複数のガス管54a〜54dが並列に接続されている。また、複数のガス供給管54a〜54dのそれぞれの途中にはマスフローコントローラ55a〜55dが直列に接続されていて、ガス源(不図示)から供給されるガスの流量調整が可能になっている。
A plurality of
また、チャンバ51内の底部にはウエハステージを兼ねた下部電極56が配置され、その上には基板を保持するための静電チャック57がシャワーヘッド52から2cm〜3cm程度の距離で配置されている。さらに、下部電極56の外周には、静電チャック57上の基板の移動を規制するための絶縁性のリング58が取り付けられている。
A
下部電極56の下部には、導電材からなる支持部59が接続され、その内部には、ヘリウム(He)ガスを導入するガス管60と、冷却水を通過させる冷却水搬送管63が接続されている。
また、下部電極56には、支持部59を介して周波数の異なる複数の高周波電源63a、63bが接続されている。また、支持部59と高周波電源63a、63bの間にはマッチングボックス61a、61b、ブロッキングキャパシタ62a、62bが接続されている。
A
In addition, a plurality of high
さらに、チャンバ51の底には排気管64、コンダクタンスバルブ65、ターボポンプ66及びドライポンプ67が直列に接続されていて、これらによりチャンバ51内を排気することにより内部圧力を調整できる構成になっている。
なお、チャンバ59の底部と支持部59の間には絶縁性枠体68が接続されている。また、チャンバ59には、真空搬送室(不図示)を介して2つのロードロックチャンバ(不図示)が接続されている。
Further, an
An insulating
そのようなプラズマ処理装置50の減圧されたチャンバ51内に、図2Dに示す構造のシリコン基板1を搬入し、静電チャック57上にシリコン基板1を載置する。なお、シリコン基板1に対向するシャワーヘッド52には、前のプラズマ処理により生成された銅を含む生成物が付着している。
The
次に、図2Eに示すように、レジストパターン27の配線形状の開口部27aを通して第2のBARC膜26及び第4のハードマスク膜25をエッチングし、これにより配線形状の開口部26a、25aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2E, the
この場合のエッチングガスとして、プラズマ処理装置50のガス供給管54a〜54d、ガス導入管53及びシャワーヘッド52を通して、ガス供給源からチャンバ51内に例えば酸素(O2)とハイドロフロロカーボン、例えばCHF3を含むガスを導入する。また、O2とハイドロフロロカーボンの総ガス流量に対するハイドロフロロカーボンの流量の比は5流量%〜10流量%である。
This as an etching gas when the
続いて、チャンバ51に導入するガスを変え、レジストパターン27、第2のBARC膜26及び第4のハードマスク膜25の開口部27a、26a、25aを通してフォトレジスト膜24をエッチングする。
これにより、図2Fに示すように、第3のハードマスク膜21の上面を露出する深さを有する配線形状の開口部24aをフォトレジスト膜24に形成する。
Subsequently, the gas introduced into the
As a result, as shown in FIG. 2F, a wiring-shaped
フォトレジスト膜24のエッチング条件として、O2ガスとハイドロフロロカーボンガスを有する混合ガスをチャンバ51内に導入し、さらにチャンバ51内の雰囲気の圧力を30mTorr以上に設定する。また、ハイドロフロロカーボンガスの流量は、O2ガスとハイドロフロロカーボンガスの総流量に対して10流量%〜20流量%に設定する。
As etching conditions for the
例えば、O2を約50sccm、CH2F2を約15sccm、窒素(N2)を約300sccmの流量、又はそのような流量比でチャンバ51内に導入する。また、チャンバ51内の圧力が約50mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ51の下部電極56には約300Wの高周波パワーを印加する。
For example, O 2 is introduced into the
この条件によれば、シャワーヘッド52に付着した銅による触媒効果がプラズマPLに影響を及ぼすとしても、フォトレジスト膜24の配線形状の開口部24aの内周面は基板面に対して実質的に垂直に形成される。その条件の詳細については後述する。
そのエッチング条件によれば、ジストパターン27及び第2のBARC膜26もエッチングされる。
According to this condition, even if the catalytic effect of copper adhering to the
According to the etching conditions, the resist
次に、第4のハードマスク膜25の開口部25aとフォトレジスト膜24の開口部24aを通して第3のハードマスク膜21をエッチングする。これにより、図2Gに示すように、第3のハードマスク膜21では、配線形状の開口部21bが形成される一方、ビアホール形成用の開口部21aが消滅する。
Next, the third
第3のハードマスク膜21を構成するシリコン窒化膜のエッチング条件として、例えば、CH2F2を約30sccm、O2を約10sccm、N2を約100sccmの流量でチャンバ51内に導入する。また、チャンバ51内の圧力が約20mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ51の下部電極56には約200Wの高周波パワーを印加する。この条件によれば、SOGからなる第4のハードマスク膜25もエッチングされる。
As etching conditions for the silicon nitride film constituting the third
次に、チャンバ51に導入するガスを変え、フォトレジスト膜24を2ステップでアッ
シングする。
第1のアッシングは、図2Hに示すように、第2のLow−k絶縁膜18のビアホール18aを露出させない条件で行われる。
Next, the gas introduced into the
The first ashing is performed under the condition that the via
第1ステップのアッシング条件として、フロロカーボンガス、ハイドロフロロカーボンガスの一方のガスとO2ガスを有する混合ガスをチャンバ51内の雰囲気に導入する。混合ガスには、さらに一酸化炭素(CO)を含ませてもよい。なお、混合ガスには、フロロカーボンガスとハイドロフロロカーボンガスの双方を含んでもよい。
As the ashing condition of the first step, a mixed gas containing one of fluorocarbon gas and hydrofluorocarbon gas and O 2 gas is introduced into the atmosphere in the
その条件によれば、フォトレジスト膜24の上部がアッシングされるだけでなく、チャンバ51の内面に付着しているCuがプラズマPL中の元素と結合して反応生成物となって除去される。
According to the conditions, not only the upper part of the
その第1の実施例として、O2を約200sccm、CF4を約15sccmの流量、COを約100sccmの流量、又はそのような流量比でチャンバ51内に導入する。この場合、チャンバ51内の圧力が100mTorr以上、例えば約250mTorrとなるように排気量を調整する。また、チャンバ51の下部電極56には約400Wの高周波パワーを印加する。
As a first example, O 2 is introduced into the
第2の実施例として、O2を約100sccm、ハイドロフロロカーボンであるCH2F2を約10sccmの流量、COを約100sccmの流量でチャンバ51内に導入する。この場合、チャンバ51内の圧力が100mTorr以上、例えば約250mTorrとなるように排気量を調整する。また、チャンバ51の下部電極56には約100Wの高周波パワーを印加する。
As a second embodiment, O 2 is introduced into the
圧力を100mTorr以上とした理由は、酸素プラズマの発生量を増やし、ビアホール18aとその上の開口部19a、20aにおけるフォトレジスト膜24のアッシングレートを低くするためである。この場合のアッシング雰囲気の圧力は、100mTorr以上、500mTorr以下であることが好ましい。
The reason for setting the pressure to 100 mTorr or more is to increase the amount of oxygen plasma generated and to lower the ashing rate of the
ところで、第1ステップのアッシング条件でビアホール18aを露出させると、ビアホール18aを通して第2のLow−k絶縁膜18にダメージを与えてしまう。
そこで、ビアホール18aが露出する前に、第1のアッシング条件から第2のアッシング条件に変更し、図2Iに示すように、残りのフォトレジスト膜24を除去する。これにより、第3のハードマスク膜21の上面とビアホール18a及びその下のバリア絶縁膜17が露出する。
By the way, if the via
Therefore, before the via
第2ステップのアッシング条件として、第2のLow−k絶縁膜18にダメージを実質的に与えない条件、例えば、O2を約200sccm流量でチャンバ51内に導入するとともに、チャンバ51内の圧力が約15mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ51の下部電極56には約300Wの高周波パワーを印加する。
第2ステップでは、アッシング雰囲気の圧力を第1ステップよりも低くすることにより、アッシングの垂直異方性を高めてビアホール18a内でのアッシングレートを上げている。
As the ashing condition of the second step, a condition that does not substantially damage the second Low-
In the second step, the ashing pressure in the via
続いて、第3のハードマスク膜21の配線形状の開口部21bを通して第1、第2のハードマスク膜19、20をエッチングし、第1、第2のハードマスク膜19、20に配線形状開口部19b、20bを形成する。
第1、第2のハードマスク膜19、20のエッチングは、図2Jに示すように、ビアホール18aの下のバリア絶縁膜17であるSiCH膜が残る条件に設定される。
Subsequently, the first and second
As shown in FIG. 2J, the etching of the first and second
第2のハードマスク膜20を構成するSiO2膜のエッチング条件として、例えば、C4F6ガスを約30sccm、O2ガスを約15sccm、Arガスを約200sccmの流量でチャンバ51内に導入する。また、チャンバ51内の圧力が約30mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ51の下部電極56には約1000Wの高周波パワーを印加する。
As etching conditions for the SiO 2 film constituting the second
また、第1のハードマスク膜19を構成するSiCH膜のエッチング条件として、例えば、CH2F2ガスを約30sccm、O2ガスを約10sccm、N2ガスを約100sっcmの流量でチャンバ51内に導入する。また、チャンバ51内の圧力が約15mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ51の下部電極56には約300Wの高周波パワーを印加する。
The etching conditions for the SiCH film constituting the first
そのような条件によれば、第3のハードマスク膜21であるシリコン窒化膜もエッチングにより除去される。また、このエッチングは異方性エッチングであり、SiCH膜とSiO2膜のエッチング選択比を高く設定できるため、第2のハードマスク膜20の配線形状の開口部20bの上部周囲の型崩れを最小限に抑えることができる。
Under such conditions, the silicon nitride film that is the third
次に、図2Kに示すように、第2のハードマスク膜20をマスクにして、その配線形状の開口部20bから露出した第2のLow−k絶縁膜18の上部、例えば上から約100nmの深さの部分をエッチングし、第2配線用溝18bを形成する。同時に、ビアホール18aの下のバリア絶縁膜17をエッチングして第1層目の銅配線15を露出する。
Next, as shown in FIG. 2K, using the second
第2のLow−k絶縁膜18であるSiOC膜のエッチング条件として、例えば、CF4を約200sccmの流量でチャンバ51内に導入する。また、チャンバ51内の圧力が約200mTorrとなるように排気量を調整する。この場合、チャンバ51の下部電極56には約300Wの高周波パワーを印加する。
As an etching condition for the SiOC film, which is the second Low-
この条件によれば、第2のハードマスク膜20を構成するSiO2膜もエッチングされて薄くなる。また、ビアホール18aから露出する第1層目の銅配線15の表面もエッチングされ、Cuがチャンバ51内に拡散する。
以上の処理を終えた後に、シリコン基板1をチャンバ51から真空搬送室に搬送し、さらにロードロックチャンバに入れ、その後に外部に取り出す。取り出されたシリコン基板1は、その後に洗浄される。
According to this condition, the SiO 2 film constituting the second
After the above processing is completed, the
次に、図2Lに示すように、第2配線用溝18a及びビアホール18aの中に、Taなどのバリアメタル膜29aとCuシード膜(不図示)をスパッタ法により形成する。続いて、銅シード膜の上に銅膜29bを電解メッキ法により形成し、第2配線用溝18a及びビアホール18aの中に埋め込む。
Next, as shown in FIG. 2L, a
その後に、図2Mに示すように、第1のハードマスク19上のCu膜29b、バリアメタル膜29a及び第2のハードマスク膜20をCMP法により除去する。これにより第2配線用溝18a内とビアホール18a内に残されたCu膜29b及びバリアメタル膜29aをビア付きの第2層目の銅配線30とする。第2層目の銅配線30は、ビアホール18aを通して第1層目の銅配線15に接続する。なお、第1のハードマスク膜20は、第2のハードマスク21よりも研磨耐性の高い材料から構成され、研磨ストッパとして機能する。
Thereafter, as shown in FIG. 2M, the
次に、図2N、図3に示すように、第2層目の銅配線30と第1のハードマスク膜19の上に第2のバリア絶縁膜31を形成する。第2のバリア絶縁膜31として、SiCH膜
をCVD法により約30nmの厚さに形成する。
その後に、第2層目の銅配線30に接続されるビア、配線、絶縁膜等の形成を繰り返すことにより、シリコン基板1の上方に多層配線構造を形成する。
Next, as shown in FIGS. 2N and 3, a second
After that, by repeating the formation of vias, wirings, insulating films, etc. connected to the second-
以上説明したように本実施形態によれば、図2D〜図2Fに示したように、フォトレジスト膜24、第4のハードマスク膜25及びレジストパターン27の少なくとも三層の構造において、フォトレジスト膜24のパターンを形成するために次の方法を採用している。
As described above, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 2D to 2F, in the structure of at least three layers of the
まず、第4のハードマスク膜25上に、BARC膜26を形成し、さらにフォトレジストを塗布し、これを露光、現像等を行うことにより、開口部27aを有するレジストパターン27を形成する。続いて、レジストパターン27をマスクにしてBARC膜26、第4のハードマスク膜25に開口部25a、26aを形成している。
First, a
その後に、以下の条件により、開口部25a、26a、27aを通してフォトレジスト膜24をエッチングする。
まず、チャンバ51内に酸素ラジカルを発生させるために、ハイドフロロカーボンガス、フロロカーボンガスの一方とO2ガスを有する混合ガスをシャワーヘッド52からチャンバ51内に導入する。さらに、チャンバ51内の圧力を30mTorr(4Pa)以上、200mTorr(26.7Pa)以下の範囲に調整する。
Thereafter, the
First, in order to generate oxygen radicals in the
この場合、チャンバ51内の雰囲気に導入するガスをO2のみにして、その雰囲気の圧力を20Torr程度に低く設定すると、シャワーヘッド52表面に付着した銅の触媒効果により酸素プラズマが減少してフォトレジスト膜24のエッチングレート(アッシングレート)が低下する。
In this case, if the gas introduced into the atmosphere in the
図5は、レジストパターンをマスクにしてシリコン膜と銅膜とアルミニウム膜のそれぞれを別々にエッチングし、続いて同じチャンバ内でレジストパターンを酸素プラズマによりエッチングした場合のレジストのエッチングレートの違いを示している。それらのレジストパターンのエッチング時には、フッ素系ガスをチャンバ内には導入せずに、酸素ガスのみを導入している。 FIG. 5 shows differences in resist etching rates when the silicon film, the copper film, and the aluminum film are separately etched using the resist pattern as a mask, and then the resist pattern is etched with oxygen plasma in the same chamber. ing. When etching these resist patterns, only oxygen gas is introduced without introducing fluorine-based gas into the chamber.
図5によれば、銅膜をエッチングした後では、シリコン膜、アルミニウム膜をエッチングした後に比べて、レジストパターンのエッチングレートが低くなっている。
これは、銅膜のエッチング時にプラズマ雰囲気中に放出された銅がチャンバ内壁に付着するので、銅の触媒効果がレジストのエッチング時に作用するからである。銅の触媒効果によれば、次式(1)、(2)の順に反応が進み、チャンバ内に残留した水素原子が酸素原子と結合してH2Oが生成される。さらに、銅の触媒効果により、式(3)の反応が生じて酸素原子同士が結合し、O2が生成される。
According to FIG. 5, after etching the copper film, the etching rate of the resist pattern is lower than after etching the silicon film and the aluminum film.
This is because the copper released into the plasma atmosphere during the etching of the copper film adheres to the inner wall of the chamber, so that the catalytic effect of copper acts during the etching of the resist. According to the catalytic effect of copper, the reaction proceeds in the order of the following formulas (1) and (2), and hydrogen atoms remaining in the chamber are combined with oxygen atoms to generate H 2 O. Further, due to the catalytic effect of copper, the reaction of formula (3) occurs, oxygen atoms are bonded to each other, and O 2 is generated.
Cu+O* → Cu−O* (1)
Cu−O*+2H* → H2O+Cu (2)
O*+O* →O2 (3)
Cu + O * → Cu-O * (1)
Cu—O * + 2H * → H 2 O + Cu (2)
O * + O * → O 2 (3)
従って、チャンバ内壁に銅が存在する場合には、銅が存在しない場合に比べて、フォトレジストのエッチングやアッシングに寄与する酸素ラジカル量が低下し、これによりレジストのエッチングレート、アッシングレートが低くなる。なお、レジストのアッシングは、レジストを除去するためのエッチング処理である。 Therefore, when copper is present on the inner wall of the chamber, the amount of oxygen radicals contributing to the etching and ashing of the photoresist is reduced compared to the case where copper is not present, thereby lowering the etching rate and ashing rate of the resist. . Note that the ashing of the resist is an etching process for removing the resist.
そのようなことから、フォトレジスト膜24をパターニングする場合に、銅の触媒効果
を低減するために上記したようなエッチング条件を採用する。即ち、第1に、チャンバ51内の雰囲気の圧力を通常よりも高い30mTorr以上に設定し、第2に、ハイドロフロロカーボンガス、例えばCHF3、CH2F2、CH3FのガスをO2ガスに添加する、という条件を含む。
Therefore, when patterning the
第1の条件は、酸素プラズマを増やしてエッチングレート、アッシングレートを高くするために採用される。しかし、第2条件を採用しなければ、図6に示すように、開口部24a内にサイドエッチングSEが生じ易くなり、開口部24aの中央が外側に広がるボーイング形状となり、フォトレジスト膜24のパターン精度が低下する。
これに対し、第1の条件と第2の条件の双方を採用すると、サイドエッチングを防止しつつエッチングレート、アッシングレートを高くすることができる。
The first condition is employed to increase the oxygen plasma to increase the etching rate and ashing rate. However, if the second condition is not adopted, as shown in FIG. 6, side etching SE is likely to occur in the
On the other hand, when both the first condition and the second condition are employed, the etching rate and the ashing rate can be increased while preventing side etching.
これら2つの条件は、図7に示す試験結果で裏付けられる。
その試験では、シャワーヘッド52表面にCuが付着した状態で、チャンバ51内の圧力とエッチングガスを異ならせて開口部24aを形成し、それらのサイドエッチング量を調べた。
エッチングガスは3つの混合ガスを使用し、それらのうち、第1のガスは、O2にN2とCOを添加した混合ガスであり、第2のガスは、O2とN2とCOの混合ガスにさらにCHF3を添加したガスであり、また、第3のガスは、O2とN2とCOの混合ガスにさらにCH2F2を添加したガスである。
These two conditions are supported by the test results shown in FIG.
In the test, with the Cu adhering to the surface of the
The etching gas uses three gas mixtures. Among them, the first gas is a mixed gas obtained by adding N 2 and CO to O 2 , and the second gas is composed of O 2 , N 2 and CO. The mixed gas is a gas obtained by further adding CHF 3 , and the third gas is a gas obtained by further adding CH 2 F 2 to a mixed gas of O 2 , N 2, and CO.
図7に示した試験結果によれば、第1のガスを使用する場合に、チャンバ51内の雰囲気の圧力が15mTorr以下であれば、開口部24aにサイドエッチングが殆ど生じない。また、第2、第3のガスによれば、チャンバ51内の雰囲気の圧力が30mTorrより低ければ、開口部24aにサイドエッチングが殆ど生じない。
しかし、開口部24aのサイドエッチングが生じない圧力では酸素プラズマが不足し、エッチングレートが低くなる。
According to the test results shown in FIG. 7, when the first gas is used, if the pressure of the atmosphere in the
However, at a pressure at which side etching of the
従って、チャンバ内の圧力を高くしてエッチングレートを上げることが好ましい。しかし、第1のガスの使用では、圧力の増加に対するサイドエッチング量の増加率が非常に大きく、ガス圧力の変動によりサイドエッチング量も大きく変わり易い。一方、第2、第3のガスの使用では、圧力の増加に対するサイドエッチング量の増加率は小さいので、第2、第3のガス、即ちフロロカーボンガスをO2ガスに添加することが好ましい。 Therefore, it is preferable to increase the etching rate by increasing the pressure in the chamber. However, when the first gas is used, the increase rate of the side etching amount with respect to the increase in pressure is very large, and the side etching amount is easily changed due to the fluctuation of the gas pressure. On the other hand, when the second and third gases are used, the increase rate of the side etching amount with respect to the increase in pressure is small. Therefore, it is preferable to add the second and third gases, that is, the fluorocarbon gas, to the O 2 gas.
サイドエッチングを抑制するガスとして、上記の他に、O2とN2の混合ガスがある。その効果は20mTorr以下の低圧下で顕著になるので、その混合ガスにフロロカーボンガスを添加することが好ましい。 In addition to the above, there is a mixed gas of O 2 and N 2 as a gas for suppressing side etching. Since the effect becomes remarkable under a low pressure of 20 mTorr or less, it is preferable to add a fluorocarbon gas to the mixed gas.
ところで、図2Fに示したように、フォトレジスト膜24に開口部24aを形成するためのエッチング時には、その上のレジストパターン27及び第2のBARC膜26もエッチングされるので、第4のハードマスク膜25が最終的にマスクとなる。
By the way, as shown in FIG. 2F, at the time of etching for forming the
従って、フォトレジスト膜24に開口部24aを形成する際に、第4のハードマスク膜25を構成するSOG膜のエッチングを防止する必要があり、O2とハイドロフロロカーボンガスによるSOG膜のエッチング耐性が要求される。
そこで、O2に添加するハイドロフロロカーボンの添加量を変え、SOG膜のエッチングレートについて調べたところ、図8に示す試験結果が得られた。なお、図8の試験におけるエッチング雰囲気の圧力は30mTorrである。
Therefore, when the
Therefore, when the amount of hydrofluorocarbon added to O 2 was changed and the etching rate of the SOG film was examined, the test results shown in FIG. 8 were obtained. Note that the pressure of the etching atmosphere in the test of FIG. 8 is 30 mTorr.
図8によれば、ハイドロフロロカーボンであるCHF3とO2の総流量のうち、CHF
3の流量が20流量%以下の状態ではSOG膜のエッチングレートが極めて小さいことがわかる。一方、開口部24aのサイドエッチングを抑制するためには、CHF3を10流量%以上で添加することが必要となる。
According to FIG. 8, of the total flow rate of hydrofluorocarbons CHF 3 and O 2 , CHF
It can be seen that the etching rate of the SOG film is extremely small when the flow rate of 3 is 20% or less. On the other hand, in order to suppress the side etching of the
このことは、上記した第3のガスについても同様である。従って、フォトレジスト膜24をエッチングする際に、O2にハイドロフロロカーボンを加えた総ガス流量に対して、ハイドロフロロカーボンガスを10流量%〜20流量%とする条件を、フォトレジスト膜24のエッチング条件に加えることが好ましい。
The same applies to the third gas described above. Accordingly, when the
以上のことから、第4のハードマスク25をマスクに使用し、フォトレジスト膜24に開口部24aを形成するためのエッチング条件として、O2にハイドロフロロカーボンガスを10流量%〜20流量%で添加し、エッチング雰囲気を30mTorr以上にすることがより好ましい。
From the above, the fourth
それらの条件は、上記のような配線形状の開口部を形成する場合の適用に限られるものではなく、フォトレジスト膜の中間層として無機材料膜を挟む三層構造膜のマスクパターンを形成する場合にも適用することができ、これにより三層構造マスクのパターン精度を高めることができる。 Those conditions are not limited to the application when forming the wiring-shaped opening as described above, but when forming a mask pattern of a three-layer structure film sandwiching an inorganic material film as an intermediate layer of a photoresist film The pattern accuracy of the three-layer structure mask can be increased.
また、本実施形態によれば、図2G、図2Hに示したように、フォトレジスト膜24の開口部24aを通して第3のハードマスク膜21をエッチングして開口部21bを形成した後に、条件を2ステップで変えてフォトレジスト膜24をアッシングしている。即ち、フォトレジスト膜24のアッシングの第1ステップでは、チャンバ51に導入するO2ガスにフッ素系ガスを添加し、次の第2ステップではフッ素系ガスの添加を停止している。
Further, according to the present embodiment, as shown in FIGS. 2G and 2H, after the third
アッシングの第1ステップにおいて、フッ素系ガスをO2に添加する理由は、チャンバ51上部のシャワーヘッド52の表面のCuを除去するためである。フッ素系ガスとして、フロロカーボン、ハイドロフロロカーボンがある。フロロカーボンとして、例えばCF4、C4F6、C4F8がある。また、ハイドロフロロカーボンとして、例えばCHF3、CH2F2、CH3Fがある。
The reason for adding the fluorine-based gas to O 2 in the first step of ashing is to remove Cu on the surface of the
ハイドロフロロカーボンであるCHF3とO2の混合ガスの総流量に対するCHF3の流量を変えてCu膜をエッチングしたところ、図9の実線の曲線に示すように、CHF3の流量比の大きさによってCu膜のエッチングレートが変化した。 When etching the Cu film by changing the flow rate of CHF 3 to the total flow rate of the mixed gas of CHF 3 and O 2 is hydro fluorocarbon, as shown in the solid curve in FIG. 9, the magnitude of the flow rate ratio of CHF 3 The etching rate of the Cu film changed.
図9の実線の曲線ではピークが存在し、銅のエッチングレートを高くするために、CHF3を10流量%〜20流量%でチャンバ51内に導入ことが好ましい。また、図9の破線の曲線に示すように、O2とCHF3の混合ガスにさらにCOガスを添加すると、銅のエッチングレートがさらに高くなる。これは、COとCuの結合によって、比較的蒸発し易い銅カルボニル化合物が生成されるからである。
In the solid curve in FIG. 9, there is a peak, and it is preferable to introduce CHF 3 into the
銅カルボニル化合物を発生させる条件としては、そのような条件に限られるものではなく、ガスカルボニルを形成するH2系ガスをO2に添加してもよい。例えば、チャンバ51内に導入されるO2にCO、NH3を添加し、又はO2にCO、N2、H2を添加し、これよりシャワーヘッド52表面の銅のクリーニングを行ってもよい。
The conditions for generating the copper carbonyl compound are not limited to such conditions, and an H 2 gas that forms gas carbonyl may be added to O 2 . For example, CO and NH 3 may be added to O 2 introduced into the
そのようにフォトレジスト膜24のアッシングの第1ステップでは、チャンバ51やシャワーヘッド52に付着したCuの除去をアッシングと同時に行っている。これにより、チャンバ51内壁での銅の付着量を減らすことができる。
As described above, in the first step of ashing the
第2ステップのアッシング条件への切り替えは、第2のLow−k絶縁膜18が露出する前に行われる。これは、第1のステップのアッシング条件により発生させたフッ素プラズマが銅の触媒効果により増加し、第2のLow−k絶縁膜18もエッチングするからである。
The switching to the ashing condition in the second step is performed before the second low-
これは、図10に示す試験結果に裏付けられる。
その試験では、シリコン膜、銅膜、アルミニウム膜を個別にエッチングした3つのチャンバのそれぞれにおいて、CF4のプラズマを発生させてSiOC膜をエッチングし、エッチングレートを調べた。
This is supported by the test results shown in FIG.
In the test, CF 4 plasma was generated to etch the SiOC film in each of the three chambers in which the silicon film, the copper film, and the aluminum film were individually etched, and the etching rate was examined.
図10によれば、銅膜をエッチングしたチャンバ内でSiOC膜をエッチングすると、シリコン膜、アルミニウム膜をエッチングしたチャンバに比べて、エッチングレートが高くなっていることがわかる。
これは、チャンバ内壁に付着した銅の触媒効果により例えば式(4)の分解が進んでフッ素ラジカルが増加することによるものと考えられる。
FIG. 10 shows that when the SiOC film is etched in the chamber in which the copper film is etched, the etching rate is higher than in the chamber in which the silicon film and the aluminum film are etched.
This is considered to be due to, for example, the decomposition of the formula (4) proceeds due to the catalytic effect of copper adhering to the inner wall of the chamber and fluorine radicals increase.
CF2 * → CF*+F* (4) CF 2 * → CF * + F * (4)
従って、図2Hに示したように、第2のLow−k絶縁膜18が露出する直前でフッ素系ガスのチャンバ51内への導入を停止し、導入ガスを酸素のみに切り替え、酸素プラズマによりフォトレジスト膜24をアッシングし、除去することが好ましい。これにより、ビアホール18aの内周面の変形を防止できる。
Therefore, as shown in FIG. 2H, immediately before the second Low-
しかも、既に第1ステップのアッシングによってチャンバ51内の銅が減少し又は除去され、銅の触媒効果が低減しているので、第2ステップでは酸素プラズマ量の減少が抑制される。
Moreover, since the copper in the
ところで、チャンバ51内に付着する銅は、上記のようにエッチング、アッシングに影響を与えることになる。チャンバ51内壁の銅又は銅を含む反応生成物は、基板上の銅膜をエッチングすることにより発生するものであり、プラズマ処理装置50による基板の処理枚数が累積する毎に付着量が増加し、プラズマ処理を不安定にさせる。
By the way, the copper adhering in the
従って、上記のようにチャンバ51内に付着した銅を除去する処理を行うことが好ましい。銅の除去処理は、上記のようにシリコン基板1上の膜をプラズマ処理すると同時に行うことに限られるものではなく、チャンバ51内での基板の交換のインターバルに行ってもよい。
そこで、図11A〜図11Dを参照し、プラズマ処理装置のチャンバ内の銅の除去方法を以下に説明する。
Therefore, it is preferable to perform the process of removing copper adhering to the
A method for removing copper in the chamber of the plasma processing apparatus will be described below with reference to FIGS. 11A to 11D.
まず、図11Aに示すように、チャンバ51内の静電チャック57の上に、銅膜を含む積層構造を有する半導体ウエハ、例えばシリコン基板1を載置する。その後にチャンバ51内にプラズマPL1を発生させて積層構造に対してエッチング、アッシング等のプラズマ処理を行う。エッチング処理には、銅膜をわずかでもエッチングする工程を含み、例えば、図2D〜図2Kに示したプラズマ処理により、第1層目の銅配線15の表面をエッチングする工程がある。
First, as shown in FIG. 11A, a semiconductor wafer having a laminated structure including a copper film, for example, the
第1層目の銅配線15の表面をエッチングした後には、図11Bに示すように、チャンバ51上部のシャワーヘッド52の表面にCuを含む層70が付着した状態となる。
チャンバ51内でシリコン基板1のプラズマ処理を終えた後に、真空搬送室(不図示)を通してシリコン基板1をロードロックチャンバ(不図示)に搬出し、さらに、次に処理される半導体ウエハ、例えばシリコン基板41を真空搬送室内に待機させる。
After etching the surface of the first
After the plasma treatment of the
続いて、シリコン基板41の入れ替えの間に、図11Cに示すように、チャンバ51内にクリーニングガスを導入してプラズマPL2を発生させ、クリーニングを行う。チャンバ51内面に付着した銅を除去するためのクリーニングガスの例を次に示す。
Subsequently, during replacement of the silicon substrate 41, as shown in FIG. 11C, cleaning gas is introduced into the
例えば、第1のクリーニングガスとしてO2ガスとフロロカーボンガスを有する混合ガス、第2のクリーニングガスとしてO2ガスとハイドロフロロカーボンガスを有する混合ガス、第3のクリーニングガスとして、第1又は第2のクリーニングガスにさらにCOを添加した混合ガスがある。また、第4のガスとして、ノンフロン系であって、カルボニル化合物を生成するガスがある。なお、第1、第2のクリーニングガスには、それぞれハイドロフロロカーボン、フロロカーボンの双方を含めてもよい。
次に、クリーニングガスを使用してチャンバ51内をクリーニングする実施例を説明する。
For example, a mixed gas having O 2 gas and fluorocarbon gas as the first cleaning gas, a mixed gas having O 2 gas and hydrofluorocarbon gas as the second cleaning gas, and the first or second gas as the third cleaning gas There is a mixed gas in which CO is further added to the cleaning gas. Further, as the fourth gas, there is a gas that is non-fluorocarbon and generates a carbonyl compound. The first and second cleaning gases may contain both hydrofluorocarbon and fluorocarbon.
Next, an embodiment in which the inside of the
まず、第1実施例として次のクリーニング方法を採用する。
ガス供給管54a〜54bからO2ガスを約200sccmの流量、フロロカーボンとしてCF4ガスを約15sccmの流量で導入する。CF4のガス流量は、O2とCF4の総ガス流量に対して7流量%〜10流量%程度にすることが好ましい。この場合、チャンバ51内の圧力が約200mTorrとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ51の下部電極56には約150Wの高周波パワーを印加する。そして、クリーニング時間を20秒とする。これにより、チャンバ51内壁に付着したCuを含む層70を除去する。
First, the following cleaning method is adopted as the first embodiment.
From the
第2実施例として次のクリーニング方法を採用する。
ガス供給管54a〜54bからO2ガスを約200sccmの流量、ハイドロフロロカーボンとしてCHF3ガスを約20sccmの流量で導入する。CHF3のガス流量は、O2とCHF3の総ガス流量に対して7流量%〜10流量%程度にすることが好ましい。この場合、チャンバ51内の圧力が約200mTorrとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ51の下部電極56には約150Wの高周波パワーを印加する。そして、クリーニング時間を20秒とする。これにより、チャンバ51内壁に付着したCuを含む層70を除去する。
The following cleaning method is adopted as the second embodiment.
O 2 gas is introduced from the
第3実施例として2ステップのクリーニング方法を採用する。
まず、第1ステップとして、ガス供給管54a〜54bの1つからO2ガスを約200sccmの流量で導入する。この場合、チャンバ51内の圧力が約200mTorrとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ51の下部電極56には約150Wの高周波パワーを印加する。第1ステップでのクリーニング時間を20秒とする。これにより、チャンバ51内壁に付着した層70内の主にポリマーを除去する。
As the third embodiment, a two-step cleaning method is adopted.
First, as a first step, O 2 gas is introduced from one of the
続いて、第2ステップとして、クリーニングガスの種類を切り替え、ガス供給管54a〜54bからH2ガスを約200sccm、N2ガスを約200sccm、COガスを約400sccmの流量で導入する。この場合、チャンバ51内の圧力が約300mTorrとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ51の下部電極56には約150Wの高周波パワーを印加する。第2ステップでのクリーニング時間を20秒とする。これにより、チャンバ51内壁に付着した層70内のCuを主に除去する。第2ステップでは、ノンフロン系のクリーニングガスを使用している。
Subsequently, as a second step, the type of the cleaning gas is switched, and H 2 gas is introduced at a flow rate of about 200 sccm, N 2 gas is about 200 sccm, and CO gas is introduced at a flow rate of about 400 sccm from the
第4実施例として次の2ステップのクリーニング方法を採用する。
まず、第1ステップとして、ガス供給管54a〜54bの1つからO2ガスを約200
sccmで導入する。この場合、チャンバ51内の圧力が約200mTorrとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ51の下部電極56には約150Wの高周波パワーを印加する。第1ステップでのクリーニング時間を20秒とする。これにより、チャンバ51内壁に付着した層70内のCuを主に除去する。
As the fourth embodiment, the following two-step cleaning method is adopted.
First, as a first step, about 200 O 2 gas is supplied from one of the
Introduce at sccm. In this case, the exhaust amount is adjusted so that the pressure in the
続いて、第2ステップとして、クリーニングガスの種類を切り替え、ガス供給管54a〜54bからアンモニア(NH3)ガスを約300sccm、COガスを約400sccmの流量で導入する。この場合、チャンバ51内の圧力が約300mTorrとなるように排気量を調整する。さらに、チャンバ51の下部電極56には約150Wの高周波パワーを印加する。第2ステップでのクリーニング時間を20秒とする。これにより、チャンバ51内壁に付着した層70内のCuを主に除去する。第2ステップでは、ノンフロン系のクリーニングガスを使用している。
Subsequently, as a second step, the type of the cleaning gas is switched, and ammonia (NH 3 ) gas is introduced from the
他の実施例として、上記の第1実施例又は第2実施例のクリーニング処理に続いて、クリーニングガスとしてH2、N2及びCO第の混合ガス、又は、NH3、COの混合ガスをチャンバ51内に導入してプラズマを発生させてもよい。
なお、ウエハ交換の際のクリーニング時間は、1分以内、例えば20秒〜40秒が好ましい。
As another embodiment, following the cleaning process of the first embodiment or the second embodiment, a mixed gas of H 2 , N 2 and CO or a mixed gas of NH 3 and CO is used as a cleaning gas in the chamber. Plasma may be generated by introducing it into 51.
The cleaning time for exchanging the wafer is preferably within 1 minute, for example, 20 seconds to 40 seconds.
チャンバ51内のクリーニングを終えた後に、図11Dに示すように、真空搬送チャンバ内に待機させた新たなシリコン基板41をチャンバ51内に搬入し、例えば図2D〜図2Kに示すようなエッチング、アッシングの処理を行う。
After completing the cleaning in the
以上のように、チャンバ51内へのシリコン基板1、41の入れ替えの間の短時間のインターバルで上記のクリーニングを行うことにより、プラズマ処理のスループットの低下を防止することができる。しかも、クリーニングのためにチャンバ51を加熱、冷却するといった長時間の処理を採用していないので、シリコン基板1の処理間隔を短くすることができる。
なお、上述したエッチング、アッシング、クリーニングの各処理におけるガスの流量、圧力、パワー、時間の値は一例に過ぎず、それらに限定されない。
As described above, by performing the above-described cleaning at a short interval between the replacement of the
The values of the gas flow rate, pressure, power, and time in the above-described etching, ashing, and cleaning processes are merely examples, and the present invention is not limited thereto.
ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すべきであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解すべきである。 All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, such examples and It should be construed without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to showing the superiority or inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.
次に、上記実施形態の特徴を付記する。
(付記1) 半導体基板の上方に銅配線を形成する工程と、前記銅配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、前記バリア絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜の上にハードマスク膜を形成する工程と、前記ハードマスク膜と前記絶縁膜に、前記銅配線上の前記バリア絶縁膜を露出するホールを形成する工程と、前記ハードマスク膜上および前記ホール内にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜の上方にマスク膜を形成する工程と、前記マスク膜の上方に、前記ホールを含む領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記マスク膜をエッチングし、開口部を形成する工程と、酸素ガスとハイドロフロロカーボンガスの混合ガスを導入し、前記ハイドロフロロカーボンガスの流量を、前記酸素ガスと前記ハイドロフロロカーボンガスの総流量に対して10流量%〜20流量%とし、30mTorr以上の圧力の雰囲気内で、前記マスク膜をマスクとして前記レジスト膜を、途中までエッチングする第1エッチング工程と、更に前記ホール内の前記レジスト膜を、酸素ガスを使用してエッチングする第2エッチング工程と、を有し、前記第1エッチング工程は、前記ホール内で前記絶縁膜が露出する前に終了することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2) 前記第1エッチング工程及び前記第2エッチング工程は、内面に銅が付着しているチャンバ内で行われることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3) 前記絶縁膜は二酸化シリコンよりも低誘電率であることを特徴とする付記1又は付記2に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4) 前記酸素ガスにより前記レジスト膜をエッチングして前記バリア絶縁膜を前記ホールを通して露出した後に、前記ハードマスク膜をマスクにして前記ホールの底の前記バリア絶縁膜をエッチングする工程を有することを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記5) 前記ハードマスク膜はSiCHから形成されていることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6) 前記バリア絶縁膜はSiCHから形成されていることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記7) 半導体基板の上方に絶縁膜、第1ハードマスク、第2ハードマスクを順に形成する工程と、前記第2ハードマスク、前記第1ハードマスク及び前記絶縁膜に第1開口部を形成する工程と、前記第2ハードマスクの上と前記第1開口部内にレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜のうち前記第1開口部の上方を含む領域に第2開口部を形成する工程と、前記レジスト膜をマスクにして前記第2ハードマスクをエッチングする工程と、フロロカーボン、ハイドロフロロカーボンのいずれかのガスと酸素ガスを有する混合ガスを使用して前記レジスト膜の上層部を第1アッシングする工程と、酸素ガスを使用して前記レジスト膜の下層部を第2アッシングする工程と、前記第2ハードマスクをマスクにして第1ハードマスクと前記絶縁膜の上層部をエッチングして配線溝を形成する工程と、前記配線溝及び前記第1開口部内に導電材を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記8) 前記第1アッシングは、前記第1開口部から前記絶縁膜が露出する前に終了することを特徴とする付記7に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9) 前記第2アッシングは、前記第1アッシングよりも低圧で行うことを特徴とする付記7又は付記8に記載の半導体装置の製造方法。
(付記10) 前記混合ガスはさらに一酸化炭素ガスを含むことを特徴とする付記7乃至付記9のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記11) 前記絶縁膜の材料は、二酸化シリコンに比べて低誘電率の材料であり、前記第1ハードマスクの材料は前記第1ハードマスクに比べて研磨耐性の高い材料であることを特徴とする付記7乃至付記10のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
(付記12) 第1絶縁膜に覆われた第1銅膜を有する第1ウエハをチャンバ内に搬入する工程と、前記第1絶縁膜をエッチングして前記第1銅膜の少なくとも一部を露出する工程と、前記第1ウエハを前記チャンバから搬出する工程と、前記チャンバ内にハイドロフロロカーボンガス、フロロカーボンガスのいずれかと酸素ガスを有する第1混合ガスを前記チャンバ内に導入して第1プラズマを発生する工程と、第2絶縁膜に覆われた第2銅膜を有する第2ウエハを前記チャンバ内に搬入する工程と、前記第2ウエハ上の前記第2絶縁膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記13) 前記第1混合ガスはさらに一酸化炭素ガスを含むことを特徴とする付記12に記載の半導体装置の製造方法。
(付記14) 前記第1プラズマを発生させた後に、前記チャンバ内に窒素ガス、水素ガス、一酸化炭素ガスを有する第2混合ガスか、アンモニアガスと一酸化炭素ガスを有する第3混合ガスのいずれかを前記チャンバ内に導入して第2プラズマを発生させる工程を有することを特徴とする付記12又は付記13に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15) 前記第1プラズマを発生する前に、前記チャンバ内に酸素を導入して酸素プラズマを発生させる工程を有することを特徴とする付記12乃至付記14のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
Next, the features of the above embodiment will be added.
(Additional remark 1) The process of forming copper wiring above a semiconductor substrate, The process of forming a barrier insulating film on the said copper wiring, The process of forming an insulating film on the said barrier insulating film, On the said insulating film Forming a hard mask film on the copper mask, forming a hole in the hard mask film and the insulating film to expose the barrier insulating film on the copper wiring, and forming a resist on the hard mask film and in the hole. Forming a film; forming a mask film above the resist film; forming a resist pattern having an opening in a region including the hole above the mask film; and Etching the mask film as a mask to form an opening; introducing a mixed gas of oxygen gas and hydrofluorocarbon gas; The flow rate of 10% to 20% by flow rate with respect to the total flow rate of the oxygen gas and the hydrofluorocarbon gas, and the resist film is etched halfway in an atmosphere at a pressure of 30 mTorr or more using the mask film as a mask a first etching step of, further the resist film in the hole, using an oxygen gas and a second etching step of etching, wherein the first etching step, the insulating film in the hole A method of manufacturing a semiconductor device, which is terminated before exposure.
(Supplementary note 2) The method of manufacturing a semiconductor device according to
(Additional remark 3) The said insulating film is a dielectric constant lower than silicon dioxide, The manufacturing method of the semiconductor device of
(Supplementary Note 4) the barrier insulating film is etched with the resist film by the oxygen gas after exposed through the hole, a step of etching the barrier insulating film of the bottom of the hole by the hard mask layer as a mask The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Additional remark 5) The said hard mask film | membrane is formed from SiCH, The manufacturing method of the semiconductor device of any one of
(Supplementary note 6) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 7) A step of sequentially forming an insulating film, a first hard mask, and a second hard mask above the semiconductor substrate, and a first opening is formed in the second hard mask, the first hard mask, and the insulating film. A step of forming a resist film on the second hard mask and in the first opening, and a step of forming a second opening in a region of the resist film that includes the first opening. Etching the second hard mask using the resist film as a mask, and first ashing the upper layer portion of the resist film using a mixed gas containing one of fluorocarbon and hydrofluorocarbon and oxygen gas A step of performing second ashing on the lower layer portion of the resist film using oxygen gas, and using the second hard mask as a mask, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a wiring groove by etching an upper layer portion of an insulating film; and a step of forming a conductive material in the wiring groove and the first opening.
(Additional remark 8) The said 1st ashing is complete | finished before the said insulating film is exposed from the said 1st opening part, The manufacturing method of the semiconductor device of
(Supplementary Note 9) The method for manufacturing a semiconductor device according to
(Additional remark 10) The said mixed gas contains carbon monoxide gas further, The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of
(Additional remark 11) The material of the said insulating film is a material with a low dielectric constant compared with silicon dioxide, The material of the said 1st hard mask is a material with high abrasion resistance compared with the said 1st hard mask, It is characterized by the above-mentioned. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Supplementary Note 12) A step of carrying a first wafer having a first copper film covered with a first insulating film into a chamber, and etching the first insulating film to expose at least a part of the first copper film. A step of unloading the first wafer from the chamber, and introducing a first mixed gas containing either a hydrofluorocarbon gas or a fluorocarbon gas and an oxygen gas into the chamber to generate a first plasma. A step of generating, a step of carrying a second wafer having a second copper film covered with a second insulating film into the chamber, and a step of etching the second insulating film on the second wafer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Additional remark 13) The said 1st mixed gas contains carbon monoxide gas further, The manufacturing method of the semiconductor device of
(Supplementary Note 14) After generating the first plasma, a second mixed gas having nitrogen gas, hydrogen gas, carbon monoxide gas or a third mixed gas having ammonia gas and carbon monoxide gas in the chamber. 14. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(Supplementary note 15) The semiconductor according to any one of
1 シリコン基板
7、8 ソース/ドレイン領域
10 層間絶縁膜
11、12 コンタクトプラグ
13 第1のLow−k絶縁膜
15a、15b 第1層目の配線
16 キャップ絶縁膜
17 バリア絶縁膜
18 第2のLow−k絶縁膜
18a ビアホール
18b 配線用溝
19、20、21 ハードマスク膜
19a、20a、21a、21b 開口部
22 第1のBARC膜
23 レジストパターン
24 フォトレジスト膜
25 ハードマスク膜
26 第2のBARC膜
27 レジストパターン
27a 開口部
30 第2層目の配線
50 プラズマ処理装置
51 チャンバ
52 シャワーヘッド
53 ガス導入管
54a〜54d ガス供給管
56 下部電極
57 静電チャック
64 排気管
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記銅配線上にバリア絶縁膜を形成する工程と、
前記バリア絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上にハードマスク膜を形成する工程と、
前記ハードマスク膜と前記絶縁膜に、前記銅配線上の前記バリア絶縁膜を露出するホールを形成する工程と、
前記ハードマスク膜上および前記ホール内にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の上方にマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の上方に、前記ホールを含む領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記マスク膜をエッチングし、開口部を形成する工程と、
酸素ガスとハイドロフロロカーボンガスの混合ガスを導入し、前記ハイドロフロロカーボンガスの流量を、前記酸素ガスと前記ハイドロフロロカーボンガスの総流量に対して10流量%〜20流量%とし、30mTorr以上の圧力の雰囲気内で、前記マスク膜をマスクとして前記レジスト膜を、途中までエッチングする第1エッチング工程と、
更に前記ホール内の前記レジスト膜を、酸素ガスを使用してエッチングする第2エッチング工程と、
を有し、
前記第1エッチング工程は、前記ホール内で前記絶縁膜が露出する前に終了する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a copper wiring above the semiconductor substrate;
Forming a barrier insulating film on the copper wiring;
Forming an insulating film on the barrier insulating film;
Forming a hard mask film on the insulating film;
Forming a hole exposing the barrier insulating film on the copper wiring in the hard mask film and the insulating film;
Forming a resist film on the hard mask film and in the holes;
Forming a mask film over the resist film;
Forming a resist pattern having an opening in a region including the hole above the mask film;
Etching the mask film using the resist pattern as a mask to form an opening;
A mixed gas of oxygen gas and hydrofluorocarbon gas is introduced, and the flow rate of the hydrofluorocarbon gas is set to 10% to 20% by flow rate with respect to the total flow rate of the oxygen gas and the hydrofluorocarbon gas, and the atmosphere has a pressure of 30 mTorr or more. A first etching step of etching the resist film halfway using the mask film as a mask;
A second etching step of etching the resist film in the hole using oxygen gas;
Have
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first etching step is completed before the insulating film is exposed in the hole.
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier insulating film is made of SiCH.
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